光电子学论文精选(九篇)

第1篇：光电子学论文范文

【教学时间】一课时。

【教学目标】

1.知识与技能

了解并识别光电效应现象。

能表述光电效应现象的规律。

了解光子的概念，会用光子说解释光电效应现象的规律。

理解光电效应方程。

粗略了解光电效应研究史实。

2.过程与方法

观察赫兹实验中的放电现象，体验发现的过程。

经历“探究光电效应规律”的过程，获得探究活动的体验。

尝试发现波动理论面对光电效应规律遇到的困难。

领略“观察、实验──提出假说──实验验证──新的假说……”的物理学研究方法。

3.情感态度与价值观

体验探究自然规律的艰辛与喜悦。

陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫。

学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识。

【教学用具】

1.实验装置赫兹实验装置;光电效应现象演示装置。

2.多媒体课件;资料文字;赫兹实验装置示意动画;研究光电效应实验示意动画;光电效应的波动说描述与光子说描述动画;密立根证实光电方程实验示意动画;普朗克、爱因斯坦、密立根资料图片动画;

【设计理念】本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之一──量子理论的入门，涉及量子物理最基础的内容，同时，还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材。教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间。基于教材特点，本教案设计“以人为本”，突出从赫兹发现光电效应，勒纳德研究光电效应规律，爱因斯坦提出光子说解释光电效应规律，到密立根实验验证光电效应方程，物理学家们上下求索三十年的历程，在让学生学到量子论基础知识与基本技能、发展微观思维方法的同时，获得物理课程文化的浸润与陶冶，体现物理教育在个性品质、好奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。

本课总体设计思想是：课堂教学以光电效应三十年精彩历程为线索，通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发现现象、研究规律、提出假说、实验验证这样一个科学发现过程，在科学过程展示中推出学科知识，渗透科学思想方法，借助多媒体课件播放、实验装置重现现象及教师解说，着力于撼动青年学生崇尚科学的情感，弘扬深厚的物理课程文化。

【教学过程】全课以下列四个标题作引导，按历史的发展顺序展开教学活动。

(动画显示课题后，教师引入主题)

引入本课要学习的光电效应，在量子理论的发展中有着特殊的意义。人类对光的本性的认识，到麦克斯韦提出光是一种电磁波，光的波动说似乎已完美无缺了。然而，就是在证实电磁波存在的过程中，人们发现了光具有粒子性的重大事实，这就是光电效应现象。光电效应及其规律的研究，使人类对物质世界的观念发生了变革：大自然在微观层次上是不连续的，即“量子化”的，而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的!光电效应最先由赫兹发现，他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖，爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理学奖，美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦的理论，并获1923年诺贝尔物理学奖。光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继，三十年努力求索，在物理学史上成为绚丽夺目的篇章。让我们翻开这炫目的一页，沐浴科学的阳光吧!

(屏幕切换显示四个标题)

一、赫兹意外发现光电效应

介绍赫兹实验动画显示赫兹实验示意图如图1所示。1885年，赫兹用如图1所示的装置来证实电磁波的存在：电磁波发生器是在两根铜棒上各焊接一个磨光的黄铜球，另一端各连接一块正方形锌板，它们共轴放置，两球间留有一空隙，它们相当于一个电容器，与感应圈连接，构成了LC电路，感应圈使两黄铜球聚集大量电荷，从而在空隙间产生电火花，形成高频振荡电流，辐射高频电磁波。与这个回路相距一定距离有电磁波接收器，是用一根粗铜导线弯成一开口的圆环，开口端各焊一黄铜球，之间有可作微调的空隙，这个接收器实际上也是一个LC电路。调节间隙改变接收电路的固有频率可与发射过来的电磁波产生共振，从而在接收器的空隙间观察到电火花。

介绍赫兹的发现并演示利用电火花实验装置，赫兹测量了电磁波速、进行了研究电磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各种波现象的实验，大量反复地实验不但证实了麦克斯韦电磁波理论，同时意外地发现了表明光具有粒子性的一个重要现象：当发射器间隙的火光被阻隔时，原来接收间隙的火花变暗(如图3所示)，而用其他任何火花的光照射到接收器铜球，也能促使间隙发生电火花，进一步研究发现这一现象中直接起作用的是火光中的紫外线，当火花的光照到间隙的负极时，作用最强，这种情况下接收器间隙发生的电火花实际上是紫外线的照射使一极铜球上飞出电子到另一极铜球所形成，赫兹称之为“紫外光对放电现象的效应”，也就是光电效应。

演示光电效应现象动画显示光电效应演示仪原理如图4所示，课堂演示，引导学生观察在紫外线照射下，电流计指示电路中出现了电流。

归纳什么是光电效应

(文字显示)

在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子。

二、勒纳德研究光电效应现象的规律

引入赫兹的发现吸引了许多人去深入研究光电效应成因与规律，其中德国物理学家、赫兹的助手勒纳德的研究卓有成效。对光电效应的研究方向就是弄清其发生的条件。

介绍勒纳德实验研究原理动画显示勒纳德研究光电效应规律的实验装置如图5所示。当入射光照射到光洁的金属阴极K表面，就有光电子发射出来，若有光电子到达阳极A，电路中就有电流，所以可通过电流计了解用各种光照射阴极K以及对两极加不同电压时的光电流，从中摸索规律。

介绍勒纳德实验研究结果勒纳德通过实验总结出光电效应现象的重要规律：

(文字显示)

1.对各种金属都存在着极限频率和极限波长，低于极限频率的任何入射光强度再大、照射时间再长都不会发生光电效应。

2.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

3.只要入射光频率高于金属的极限频率，照到金属表面时光电子的发射几乎是瞬时的，不超过10-9s。

4.发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

光电效应规律性的演示用如图4所示的光电效应演示仪演示(1)用红光、蓝光照射锌板时，不会产生光电流;(2)用玻璃隔断紫外线时，光电流消失;(3)光电流达到饱和后，改变电压，光电流不变，改变入射光强度，光电流增大。

设问1.用光的电磁波理论如何解释光电效应的发生?

2.波动理论可以解释光电效应发生时的规律吗?

讨论与总结请全班同学议论，由学生尝试定性解释光电效应后，教师概括辅以如图6所示动画显示：光到达金属表面时，连续的电磁波能量分布在其表面，振动的电磁场不断地“摇晃”金属表面的电子，一些结合最松散的电子被摇下来。

由学生提出现有理论与观察事实的矛盾后，教师整理为两大困难，并以文字显示。

矛盾波动理论解释实验事实

之一

之二到达金属表面的光能量连续地分布，对某个电子只能吸收其中很少一部分，应有一段时间积累到足够的能量方能从金属表面挣脱。

光波的振幅表征光能量大小，强光对金属作用足够长时间，有足够能量应该可以使电子从金属表面挣脱。光电效应是否产生存在极限频率(波长)而与光强无关，光电子最大初动能也只与入射光频率成正相关。

若能发生光电效应，即使光很弱，也是瞬间发生的

三、爱因斯坦提出光子论圆满解释

引入观察与理论的互动就是科学，观察是科学进程的开端，观察激发思考导致理论以解释观察结果，而理论又在新的观察中受到检验、引发新的理论，对观察结果进行解释或统一。

原来的电磁波理论与光电效应的实验事实不相符合，促使人们改变认识，构建新的思想框架来解释观察结果。1905年，爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的解释。

介绍爱因斯坦光量子假说教师介绍普朗克对电磁波辐射所作的量子化假设：振动物体的能量只能取特定的一组允许值。这种思想在当时并没有引起人们多少注意，但爱因斯坦敏锐地捕捉了这一思想闪光，并彻底贯穿到光的辐射与吸收问题中。

教师介绍光子说，并显示文字内容：

在空间传播的光(的能量)不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，一份光子的能量E=hv。

用光子说对光电效应规律作解释用如图7所示动画辅助描述光子说下的光电效应：光子像下雨一样落在金属表面上，打出电子，就像机枪子弹从混凝土墙上打下混凝土块一样。

解释极限频率的存在;

解释光电效应的瞬时性;

给出逸出功概念，用光电效应方程

(屏幕展示)解释光电子最大初动能只与入射光频率正相关;

解释光电流的强度与入射光的强度成正比。

小结在爱因斯坦提出光子模型后，用来解释光电效应变得出奇地简单明了，今天，我们中学生运用光电方程计算光电效应已不是什么难题，但在上个世纪初，科学家对量子化的物理却极不适应，爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁解释的追求使他在忙碌的1905年发表了相对论，成功解释了光电效应，建树起近代物理学研究的两座丰碑。

四、密立根精确实验证实光电效应方程

引入至此，研究光电效应的科学活动并未完成，爱因斯坦的光子假设与光电方程作为假说──一种有根据的猜测，一种尝试性的未经确认的看法，要上升为理论，要为人们认同──当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对论，甚至包括普朗克本人也持反对态度，还必须经受实验的检验。许多物理学家都想方设法用实验测量普朗克恒量h，验证光电效应方程。

简介密立根的工作一直对光子假设持有保留的美国物理学家密立根，设计了高精确度的实验装置如图8所示，经过十年的试验，不断解决一些技术难点，终于验证了光电方程的直线性，并测出普朗克恒量h=6.56×10-34j·s，在事实面前，密立根服从真理，宣布爱因斯坦假说得到证实。科学就是严峻的怀疑态度和对新思想的开放态度的混合，科学常常会发生这种情况：科学家说：“那的确是个好论据，我错了。”然后真的改变想法，扬弃旧观点，科学就是这样进步的。

全课总结本课学习，我们了解了光电效应现象，了解了进行科学活动的方法。光电效应把我们带进了量子化的物理学，光电效应告诉我们理解微观世界要有新的观念，光电效应引领了近代物理学的发展，对哲学、文化和技术的影响深远。让我们怀着对量子理论先驱们的崇敬心情，从科学回到生活。

播放音乐与三位物理学家资料画像，如图9所示。

[课件简介]本课件采用PowerPointXP-F1ashMX制作，充分发挥PowerPoint媒体展示功能与FIashMX的强大的动画功能。其制作过程如下：

第2篇：光电子学论文范文

摘要：光电效应中的逸出功、光电效应方程有关的问题是高考的热点，也是很多师生容易产生模糊、错误认识的难点。文章通过对两类问题的剖析，运用相对论原理、动量守恒定律、玻尔理论、能量最低原理分析了光电效应的产生机理和规律，指出了产生错误认识的根源，为该内容的教学实践提供了一些看法。

关键词：光电效应；两类常见问题；看法

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）09-235-02

光电效应规律与光子说是高中物理选修教学中的一个重点内容，是学生体验物质本质发现的曲折历程和不断深化认识光现象的一个上佳素材，也是波粒二象性得以理解的一个基础平台。但限于中学阶段物理知识层次要求和高中学生的理解水准，教材没有详尽阐述其产生机理。这就产生了教学实践中的一些模糊认识，成为诸多师生的一个难点。本文就其中两类有争议的问题谈谈看法，以供参考。

一、关于金属的逸出功

在很多教辅资料和教师的教学范例中经常存在这类命题：

关于光电效应的说法中，正确的有

A.要使光电效应发生，入射光子的能量必须大于原子的电离能

B.……

C.……

D.……

关于这类选择题的A选项，有部分老师认为命题不科学，原因是题目混淆了逸出功和原子的电离能的关系。他们认为光电效应是金属内自由电子吸收光子脱离金属成为光电子[1]，电离是原子中束缚电子获得能量脱离核束缚成为游离态电子，虽然两者都需要克服“外力”做功，都可以吸收光子获得能量去克服“外力”做功，但两者本质上没有联系，逸出功数值与电离能多少没有关系，因而无法回答此类命题。那么，发生光电效应现象的是金属内的自由电子还是束缚电子呢？下面笔者从两个方面来进行论证：

1、假设吸收光子的是处于静止的自由电子，其质量为 ，在吸收光子后运动时质量为 ，速度为 ，根据爱因斯坦的光子说，一个光子的能量 被一个电子完全吸收，此过程要遵循能量守恒定律，即 ·····（1）

而根据狭义相对论，物体以速度 运动时的质量 与静止时质量 之间的关系为

······························（2）

由（1）（2）两式可得

同时，对于这一过程，可以将光子与电子的作用过程当做是碰撞过程，要遵循系统动量守恒定律，即 ······························（3）

由（2）（3）两式可得

根据能量守恒定律和动量守恒定律得出的结果是不一致的，这只能说明这一假设过程是不可能发生的，即处于静止状态的自由电子不能吸收光子。

2、假设吸收光子的是处于运动状态的自由电子，其质量为 ，速度为 ，在吸收光子后质量为 ，速度为 ，为了讨论简单起见，现假定光子与电子发生作用的过程是一维的，且作用前光子与电子动量方向一致。则对该过程应用能量守恒定律有：

······················（4）

且 ···························（5）

由（4）（5）两式可得

对该过程应用动量守恒定律有 ··············（6）

由（5）（6）两式可得

第3篇：光电子学论文范文

关键词：Corrole 电子光谱 吸收峰 轨道跃迁

中图分类号：O6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0000-00

1 前言

Corrole是18-π电子共轭大环化合物，其环内结构是卟啉的类构物一种[1]，corrole环中有一个键由两个吡咯的碳原子之间相连而成，对称性由卟啉的D4h降为C2v。Corrole在化学或物理化学性质方面有两个重要的特征，一是corrole 大环能够稳定高价态的金属离子，二是与其对称性较低相关的β-位选择性取代反应和非线性光学性质。近年来，corrole化合物作为非线性光学材料的研究和应用的光明前景引起了广泛的关注。Corrole还被广泛地研究应用于各种领域，例如：氧化催化，催化还原，光动力治疗，模拟核酸酶，化学传感器，氢原子和氮原子转移反应，染料敏化太阳能电池等[2]。本文从三苯基corrole（TPC）出发， 设计了一系列不同取代位置的氟苯基corrole分子（见图1），从理论上分析了氟苯基不同取代位置对corrole的电子光谱的影响，进一步分析了其光谱变化的起源。本文所有模型分子的几何构型均采用密度泛函理论[3] （DFT）B3LYP/6-31G（d，p）方法进行优化， 然后用ZINDO方法[4]计算电子光谱。

2 分子前线轨道能级

众所周知，卟啉分子具有中心对称性，其电子光谱主要决定于两个最高占据轨道（HOMO-1，HOMO）和两个最低空轨道（LUMO，LUMO+1），且四苯基卟啉（TPP）的LUMO和LUMO+1出现能级简并。图2和图3分别给出了corrole分子的前线轨道能级及分布图。从图2可以看到，三苯基corrole（TPC）分子由于其非对称结构，LUMO和LUMO+1能级不再发生简并。随着氟苯基个数的增加，HOMO和LUMO能级逐渐降低，且HOMO及HOMO-1之间的能隙逐渐减小。随着氟苯基的位置不同，corrole分子HOMO-1及HOMO轨道相似，主要分布在吡咯环上。随着氟苯基的取代位置不同分子的LOMO及LUMO+1轨道分布则有所不同，没有取代的TPC分子及在5， 10， 15位引入氟苯基的F15C分子轨道分布在整个吡咯环及苯环上，而在Y方向5位引入氟苯基后的F5C及其中在X方向10，15位引入氟苯基的F10C分子的LOMO及LUMO+1轨道分布主要集中在吡咯环及没有取代基的苯环上。可见，氟苯基的取代位置不同对LUMO能级的影响比较明显。这个结论同样反应在电子光谱上。

3 电子光谱

表1列出了corrole分子的电子光谱主要吸收峰位置（λ）、振子强度（f）及光谱对应的主要跃迁轨道。从表1可以看出，所有corrole分子的最强吸收峰（第三激发态）对应于HOMOLUMO+1跃迁，最强吸收峰的位置及振子强度虽有不同但差别不大。引入氟苯基后，corrole分子的电子光谱在360-370nm附近出现了具有中等强度（0.26-0.51）的次强吸收峰（第5、第6激发态）。表1还表明，氟苯基的位置不同使得分子最强吸收峰后出现的次强吸收峰的跃迁轨道各不相同，F5C分子的次强吸收峰（第五激发态）对应于HOMOLUMO+3跃迁，而F10C分子出现两个主要的次强吸收峰（第五激发态及第六激发态），其对应的跃迁均为HOMOLUMO+2，F15C分子次强吸收峰（第五激发态）对应的跃迁则为HOMO-1LUMO+3。可见，氟苯基取代基的位置的不同对电子光谱的影响主要来源于次强吸收峰的跃迁组成中LUMO能级的巨大变化，这与我们的前线轨道能级分析结果基本一致。

4 结论

本文从理论上分析了氟苯基的位置对corrole前线轨道能级及电子光谱的影响。研究表明，氟苯基的位置对corrole分子LUMO能级的影响比较明显，corrole分子HOMO-1及HOMO轨道主要分布在吡咯环上，而LOMO及LUMO+1轨道分布则因氟苯基的位置的变化各不相同。Corrole分子电子光谱最强吸收峰对应的主要跃迁组成基本相同导致最强吸收峰的位置（λ）及振子强度（f）差别不大，而corrole分子最强吸收峰后出现的次强吸收峰的跃迁轨道组成中LUMO能级相差巨大使得氟苯基corrole的电子光谱次强吸收峰的个数、位置、强度都有明显差异。本文的研究结果从理论上分析了氟苯基corrole系列分子的电子光谱特性，对该系列分子的实际应用具有一定的理论指导意义。

参考文献

[1] Flamigni L， Gryko D T. Photoactive corrole-based arrays[J]. Chem Soc Rev， 2009， 38， 1635-1646.

[2] Aviv I， Gross Z. Corrole-based applications[J]. Chem Commun， 2007， 20， 1987-1999.

第4篇：光电子学论文范文

关键词：入射电子 理想模型 相互作用 耦合

中图分类号：O562.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0041-02

电子与原子碰撞是入射电子与靶原子相互作用的过程，电子与原子碰撞激发散射一直以来都是原子分子物理学主要的研究课题。在很多领域都应用到电子与原子的相互作用的实验及理论结果。原子分子及离子的碰撞相互作用反映了原子分子内部结构状态，电子与原子碰撞的研究对于能源项目、军事技术和许多学科的发展有着密切关系，这些学科包擂核物理、凝聚态物理、材料科学、等离子体物理、空间物理、天体物、化学物理、分子生物学等。在化学动力学、气体激光器、激光同位素分离、重离子加速器、天体、星际空间、地球大气科学都需要原子碰撞散射的研究数据，从而自然科学发展急切需要发展电子与原子分子的相互作用的研究，发展相关理论及技术。

在电子与原子分子碰撞研究中，按入射粒子的能量来区分慢电子与快电子碰撞，一般所研究靶原子的价电子激发态和电离态能量在10 ev左右，当入射电子能量小于100 ev都界定为慢电子碰撞。能量在100 ev～10 kev的入射电子称为中等能量的电子，入射电子速度远大于壳层电子的速度的电子称为快电子。我们将重点讨论慢电子和中等能量电子与靶原子的碰撞散射。

1 碰撞的基本理论

碰撞问题也就是散射问题，碰撞实验是研究微观粒子内部结构的重要实验手段，如卢瑟福的α散射实验、夫兰克-赫兹实验（电子与原子碰撞）等。碰撞分弹性碰撞与非弹性碰撞。弹性散射：只有动能的交换，粒子内部状态不变。非弹性散射：碰撞中粒子内部状态变化。散射过程中最感兴趣的是粒子被散射后的物理结果，即散射到各个不同方向，各个不同立体角的概率。这些物理结果可以用微分散射截面以及总散射截面描述。散射理论的主要任务是计算散射截面。先猜测未知粒子的结构，理论计算出其散射截面，然后与实验比较，以判断原先猜测的粒子结构的正确与否。

散射过程最主要的特点：是散射粒子的波函数。一般来说，其在无穷远处并不为零，能谱连续，入射粒子的能量通常是给定的。

设粒子沿z轴入射，经靶的作用发生偏转。在离靶远处，散射粒子沿以靶为中心的矢径运动，在单位时间到达球面面积dS上的粒子数dN将与dS所张的立体角成正比，而与球的半径无关。此外，dN还应与入射粒子流密度n成正比，即

或

具有面积的量纲，定义为微分散射截面。

总截面为：

见图1。

2 碰撞散射理论研究的内容

2.1 电子同复杂原子的碰撞理论研究方法介绍

现在的理论有能力对电子-原子碰撞过程的数据进行验证和计算并且已取得了成功，主要有三个理论方法：

（1）耦合通道光学势方法。

这个方法适用于中等能量的电子与原子碰撞的理论模型。该方法把费仕巴赫算符与波函数分开计算，把电离连续通道效应利用极化势描述，把耦合通道效应填加到动量空间的耦合通道积分方程中。

（2）中能的R-矩阵方法。

（3）Born-系列的畸变波方法。

这里主要讨论前两种理论方法和相应的实验数据做比较研究。

2.2 电子与氧原子碰撞研究基本理论

处理慢电子与原子相互作用时，耦合通道光学势方法做出了很大成绩。电子与氧原子的碰撞激发研究中，建立模型了新的理想模型，把碰撞过程简化为入射电子与含有多个电子的原子系统的碰撞过程。模型中认为系统总的自旋角动量与总的轨道角动量都是守恒的。研究原子应用了单组态的HF波函数。

单电子靶态的电子散射哈密顿量为：

其中和代表系统的动能和势能。

其中是靶原子的原子核的势，是入射电子与原子核的吸引势，是入射电子和靶原子的电子的排斥势。在模型中考虑泡利不相容原理。总系统的薛定谔方程为：

（1）

定义光学势

（2）

在动量表象下的利普曼-思维格方程为：

+ （3）

T矩阵元为等式右侧光学式通道到的跃迁，任意动量为。

光学势矩阵元为：

（4）

2.3 电子与氧原子相互作用结果

入射能量电子为20 eV的微分截面，在散射角40～100 °之间与Gulcicek的实验结果十分接近，与R-矩阵相比较更有优势。

入射能量电子30 eV的微分截面，在散射角40 °以内与实验符合较好，大角度误差较大。入射能量电子50 eV的微分截面结果与实验符合的要比R矩阵符合的要好，证明光学势方法可以处理复杂原子。

3 电子与氧原子相互作用结果讨论

由以上讨论可知，对于电子与复杂原子相互作用光学式方法是可以处理的。讨论结果存在的误差，我们可以发展该理论方法，耦合更多通道，加入自电离效应加以改进。

参考文献

[1] I Kanik，P V Johnson，M B Das，M A Khakoo and S S TayalElectron-impact studies of atomic oxygen：I.Differential and integral cross sections；experiment and theory.J.Phys.B：At.Mol.Opt.Phys，34（2001）2647-2665.

第5篇：光电子学论文范文

1、伽利略

（1）通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点

（2）推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点

2、开普勒：提出开普勒行星运动三定律；

3、牛顿

（1）提出了三条运动定律。

（2）发现表万有引力定律；

4、卡文迪许：利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量

5、爱因斯坦

（1）提出的狭义相对论（经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。）

（2）提出光子说，成功地解释了光电效应规律。

（3）提出质能方程E=mC2，为核能利用提出理论基础

6、库仑：利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。

7、焦耳和楞次

先后各自独立发现电流通过导体时产生热效应的规律，称为焦耳——楞次定律。

8、奥斯特

电流可以使周围的磁针偏转的效应，称为电流的磁效应。

9、安培：研究了电流在磁场中受力的规律

10、洛仑兹：提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力（洛仑兹力）的观点。

11、法拉第

（1）发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象；

（2）提出电荷周围有电场，提出可用电场描述电场

12、楞次：确定感应电流方向的定律。

13、亨利：发现自感现象。

14、麦克斯韦：预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。

15、赫兹：

（1）用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。

（2）证实了电磁理的存在。

16、普朗克

提出“能量量子假说”——解释物体热辐射（黑体辐射）规律电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的

17玻尔：提出了原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱。

18、德布罗意：预言了实物粒子的波动性；

19、汤姆生

利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型（葡萄干布丁模型）。

20、卢瑟福

进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10-15

m。

21、卢瑟福：用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。

22、查德威克：在α粒子轰击铍核时发现中子，由此人们认识到原子核的组成。

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第二份

1.胡克:发现胡克定律(F弹=kx)

2.伽利略：给出匀变速的定义，S正比于t的平方；无论物体轻重如何，其自由下落快慢是相同；斜面实验，推断出物体不受外力将维持匀速直线运动，后由牛顿归纳为惯性定律；他开创了科学推论的方法。

3.牛顿：动力学奠基人，提出牛顿三大定律和万有引力定律，奠定了一牛顿定律为基础的经典力学。

4.开普勒：开普勒三大定律，奠定了万有引力定律的基础。

5.卡文迪许：扭秤装置测出万有引力常量。

6.布朗：“布朗运动”（花粉粒子在水中无规则运动）

7.焦耳：测定热功当量；为能的转化守恒定律的建立提供了基础；焦耳定律（电流通过导体发热）

8.开尔文：把-273摄氏度作为绝对零度。

9.库仑：利用库仑扭秤研究电荷作用，发现库仑定律。

10.密立根：油滴实验，测得基本电荷。

11.欧姆：把电流与水流作对比，引入电流强度、电动势、电阻，并确立它们关系。

12.奥斯特：发现了电流能产生磁场。

13.安培：分子电流假说，磁场能对电流产生作用。

14.汤姆生：研究阴极射线（不是他发现这种射线），发现电子，并测出比荷；提出枣糕模型（也叫葡萄干布丁模型）

15.劳伦斯：回旋加速器

16.法拉第：发现电磁感应；制成第一台发电机；提出电磁场、磁感线、电场线的概念

17.楞次：确定感应电流方向的楞次定律

18.麦克斯韦：提出完整的电磁场理论

19.赫兹：证实电磁波的存在；测得电磁波的速度为光速，证实光是一种电磁波

20.惠更斯：提出光的波动学；发明摆钟

21.托马斯?杨：观察光的干涉现象（双缝干涉）

22.伦琴：X射线

23.普朗克：提出量子理论

24.爱因斯坦：提出光子理论和光电效应方程；相对论；质能方程

25.德布罗意：提出波粒二象性；提出物质波概念

26.卢瑟福：α粒子散射现象，提出原子核式结构；发现原子；首先进行人工核反应

27.玻尔：提出原子的玻尔理论

28.查德威克：发现中子

29.威尔逊：发明威尔逊云室

30.贝克勒尔：发现铀的天然放射现象

31.老居里夫妇：镭的发现者

32.小居里夫妇：用人工核转变获得放射性同位素

第三份

1．1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。

2．1909年——1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10

-15

m。

3．1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核也有复杂的内部结构。

天然放射现象有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变的快慢（半衰期）与原子所处的物理和化学状态无关。

4．1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。

预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。

5．1939年12月德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。1942年

在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。

6．1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。

7．现代粒子物理：

1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型；

第四份

1、胡克：英国物理学家；发现了胡克定律（F弹=kx）

2、伽利略：意大利的闻名物理学家；伽利略时代的仪器、设备十分简陋，技术也比较落后，但伽利略巧妙地运用科学的推理，给出了匀变速运动的定义，导出S正比于t2

并给以实验检验；推断并检验得出，无论物体轻重如何，其自由下落的快慢是相同的；通过斜面实验，推断出物体如不受外力作用将维持匀速直线运动的结论。后由牛顿归纳成惯性定律。伽利略的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一。

3、牛顿：英国物理学家；

动力学的奠基人，他总结和发展了前人的发现，得出牛顿定律及万有引力定律，奠定了以牛顿定律为基础的经典力学。

4、开普勒：丹麦天文学家；发现了行星运动规律的开普勒三定律，奠定了万有引力定律的基础。

5、卡文迪许：英国物理学家；巧妙的利用扭秤装置测出了万有引力常量。

高考物理知识点总结

6、布朗：英国植物学家；在用显微镜观察悬浮在水中的花粉时，发现了“布朗运动”。

7、焦耳：英国物理学家；测定了热功当量J=4.2焦/卡，为能的转化守恒定律的建立提供了坚实的基础。研究电流通过导体时的发热，得到了焦耳定律。

8、开尔文：英国科学家；创立了把-273℃作为零度的热力学温标。

9、库仑：法国科学家；巧妙的利用“库仑扭秤”研究电荷之间的作用，发现了“库仑定律”。

10、密立根：美国科学家；利用带电油滴在竖直电场中的平衡，得到了基本电荷e。

11、欧姆：德国物理学家；在实验研究的基础上，欧姆把电流与水流等比较，从而引入了电流强度、电动势、电阻等概念，并确定了它们的关系。

12、奥斯特：丹麦科学家；通过试验发现了电流能产生磁场。

13、安培：法国科学家；提出了闻名的分子电流假说。

14、汤姆生：英国科学家；研究阴极射线，发现电子，测得了电子的比荷e/m；汤姆生还提出了“枣糕模型”，在当时能解释一些实验现象。

15、劳伦斯：美国科学家；发明了“回旋加速器”使人类在获得高能粒子方面迈进了一步。

高考物理知识点总结

16、法拉第:英国科学家；发现了电磁感应，亲手制成了世界上第一台发电机，提出了电磁场及磁感线、电场线的概念。

17、楞次：德国科学家；概括试验结果，发表了确定感应电流方向的楞次定律。

18、麦克斯韦：英国科学家；总结前人研究电磁感应现象的基础上，建立了完整的电磁场理论。

19、赫兹：德国科学家；在麦克斯韦预言电磁波存在后二十多年，第一次用实验证明了电磁波的存在，测得电磁波传播速度等于光速，证实了光是一种电磁波。

20、惠更斯：荷兰科学家；在对光的研究中，提出了光的波动说。发明了摆钟。

21、托马斯?杨：英国物理学家；首先巧妙而简朴的解决了相干光源问题，成功地观察到光的干涉现象。（双孔或双缝干涉）

22、伦琴：德国物理学家；继英国物理学家赫谢耳发现红外线，德国物理学家里特发现紫外线后，发现了当高速电子打在管壁上，管壁能发射出X射线—伦琴射线。

23、普朗克：德国物理学家；提出量子概念—电磁辐射（含光辐射）的能量是不连续的，E与频率υ成正比。其在热力学方面也有巨大贡献。

24、爱因斯坦：德籍犹太人，后加入美国籍，20世纪最伟大的科学家，他提出了“光子”理论及光电效应方程，建立了狭义相对论及广义相对论。提出了“质能方程”。

25、德布罗意：法国物理学家；提出一切微观粒子都有波粒二象性；提出物质波概念，任何一种运动的物体都有一种波与之对应。

26、卢瑟福：英国物理学家；通过α粒子的散射现象，提出原子的核式结构；首先实现了人工核反应，发现了质子。

27、玻尔：丹麦物理学家；把普朗克的量子理论应用到原子系统上，提出原子的玻尔理论。

28、查德威克：英国物理学家；从原子核的人工转变实验研究中，发现了中子。

29、威尔逊：英国物理学家；发明了威尔逊云室以观察α、β、γ射线的径迹。

30、贝克勒尔：法国物理学家；首次发现了铀的天然放射现象，开始熟悉原子核结构是复杂的。

第6篇：光电子学论文范文

关键词： 光调制器件；基本原理；优点；集成

中图分类号：TN949.199 文献标识码：B

Analysis of New Light Modulator

WU Ping-fang， XING Jin-yu， JIN Shi-qun

（HeFei University of Technology， Hefei Anhui 230011， China）

Abstract： This paper reported the advanced light modulator at present firstly， and then made a comprehensive analysis and comparison of there rationale， the most simple model， the most simple mathematical principle， advantages and disadvantages （Especially for whether they are suitable for large-scale integration）， current development situation （Including history， present situation and whether it has been used in industry）. To give a suggestion for a scholar or project researchers to choose light modulators.

Keywords： light modulator； rationale； model； mathematical principle； advantages and disadvantages

引 言

光纤通信是一种有线通信，光波沿光导纤维传输。光源可以是激光器（又称半导体激光二极管），也可以是发光二极管。光纤通信传输衰减小、容量大、不受外界干扰、保密性好，可用于大容量国防干线通信和野战通信等。光纤通信的器件主要包括：光发射机、光调制器、光纤（缆）、光放大器、光接收机等，其中光调制器又叫电光调制器，是调控输出光的折射率、吸收率、振幅或相位的器件，它所依据的基本理论是各种不同形式的电光效应、声光效应、磁光效应、Frank-Keldgsh效应、量子阱Stark效应、载流子色散效应等。通常在整体光通信的光发射、传输、接收过程中，光调制器被用于控制光的强度。它将由电发射机输出的电信号转化成为光信号，解决了输出信号的幅度和频率都随调制电流的变化而改变的问题，同时抑制了“啁啾”特性，调控光发射机发出的光信号的振幅和状态，再进入光纤进行传播[22]。

1 马赫-曾德（Mach-Zehnder. MZ）光调制器

对于要求将模拟信号进行直接调制和传输，MZ型光调制器比较适合，但是，MZ调制的特性曲线非常接近标准的正弦曲线，对于要求高度线性的情况不适合，所以有必要在MZ调制器的基本模型上加以改进，以使其达到高度线性的要求[15]。针对这一问题，有许多学者提供了多种解决方案，其中，Xie等通过对带微环推挽型MZ的研究指出：微谐振环的全通滤波器（APF）结构的超线性相位特性可以补偿MZ调制器的亚线性特性，以达到提高MZ型光调制器的线性特性的目的，并给出在无损情况下器件调制特性曲线的三阶非线性项在合适的设计下可以达到零。Yang等考虑到微环对调制特性的影响，通过研究提出：通过调节微环的结构参数来消除多阶非线性。Tazawa针对调节器的带宽和动态作用范围进行研究指出，在无损的情况下，带微环辅助的MZ调制器比基本MZ调制器的动态范围有显著提高。Wang等总结以上几种情况，提出了一种多微环级联辅助的MZ光调制器，该方案的特点是功耗小，通过增加环的个数来增大微环制作的容差，并且环个数的增加基本不会带来额外的插入损耗。通过修改微环的其它特性参数，进一步削除MZ的高阶非线性分量，获得更高的线性度。但是微环的制作工艺比较复杂，并且小的半径会带来弯曲损耗。所以针对小规模甚至中等规模的集成可以考虑该方案，因为：该方案的结构优点使得其结构紧凑、非线性较小、插入损耗小、动态作用范围大，并且其功耗小、可以全硅化的特点对集成非常有利。对于其缺点：制作工艺复杂以及因集成可能带来的弯曲损耗，是可以解决的，对于制作工艺，现在的集成电路工艺能完全满足在低成本情况下完成对该工艺的支持，对于弯曲损耗可以通过后续的光放大来满足。刘香玲等最近提出了一种利用双平行马赫-曾德调制器产生OSSB+C信号的改进方法，通过调节该M2M调制器的直流偏压，对于任意调制指数，光载波分量和光边带分量之间的功率都能够平衡，得到最优的0dB载边比，并对结果进行仿真，结果显示其稳定性比较明显。

2 多维光栅光调制器

光栅光调制器是利用单模光纤中的光敏性制成的光纤光栅而制成的多种光调节器的总称，该调制器主要用于波长调节。秦子雄等人在2001年提出了一种大调谐范围的等强度梁光纤光栅波长调节器，实现了光栅中心波长双向无啁啾调谐，并且装置构形简单，成本费用低，易于定标和操作，但是因为是单点式的结构不能满足应用需求。2006年张洁等人提出了光栅平动式光调制器结构，该结构是一种有效工作面积大、易于集成面阵、工艺简单的光调制器，并且通过对其参量进行调节可使光调制器的衬比度达到理想值，即无穷大。孙吉勇等人对光栅平动式二维光栅光调节器进行了光学实验，证实了光栅光调制器的可行性。多维光栅光调节器便于集成，工艺相对简单，光调制器的衬比度大，因此比较适合规模集成。

3 半导体量子阱光调制器

半导体量子阱光调制器是把量子阱结构引入到光调制器中形成的一种光调制器，这类通过量子阱能带的剪裁来灵活地控制电子、空穴的波函数分布以及它们在电场下的移动，从而实现更大的折射率改变，达到减小驱动电压和调制器尺寸的最终目的。2001年赵旭等总结了以前学者的工作，给出了以下几种量子阱光调制器。

3.1 基于量子限制Stark效应（QCSE）的调制器

其基本原理是半导体量子阱中电子和空穴的运动受量子阱势垒的限制，当阱宽小于体材料中激子的玻耳直径时，由于电子和空穴的平均空间距离减小，电子-空穴对的库仑能量增加，激子结合能增加。因为这个能量已经可以和载流予的室温平均热能相比拟，载流子以一定的几率以激子态存在，量子阱或超晶格的室温吸收光谱和发射光谱中出现明显的激子共振吸收或发射峰[20]。

3.2 势垒槽和量子阱电子转移结构的调制器

此类调制器的光调制是由带隙填充效应和量子阱中电子、空穴库仑作用的载流子屏蔽作用实现的，其基本原理是：在量子阱层边设置一层由转移势垒隔断的高掺杂n+层作为电子槽，当加正向偏置量时，量子阱的势相对于此处的准Fermi能级就下降，电子由n+层移入，填充量子阱层中导带中的剩余电子态，这导致一些激子的湮灭和带间吸收的减弱，吸收边向高能量移动（蓝移）[22]。

3.3 带内跃迁调制带间光的量子阱光调制器件

此类调制器是第一种组合了带内跃迁和带间跃迁来实现光调制的器件，两种调制机理如图1所示，一种是通过子带间谐振跃迁光调制带间谐振光，另一种方法正好与之相反，通过带间谐振光调制子带间谐振跃迁光[19]。

3.4 非线性谐振量子阱调制器

非线性谐振量子阱调制器的工作机理如图2所示，其工作原理是利用从DBR镜面的反射光和从金镜面的反射光的干涉来实现调制。当无控制光脉冲时，信号光被吸收；当有控制光脉冲时，该器件则反射入射的信号光。该类调制器的优点是可以实现小型化、极化无关和垂直入射，可以实现超快全光交换等[10]。

3.5 量子线与量子点调制器

为了利用量子限制效应来实现高性能的调制器，有学者提出用量子线、量子点结构，进一步增加折射率的改变，并使吸收谱范围更窄。有报道表明，用量子线可使折射率改变达到量子阱结构的140%；用量子点可以达到170%。还有一个优点是量子点的吸收谱有明显的类δ的态密度，使其更容易在不同波长处控制损耗，所以可能研制出低内损耗调制器，但目前报道的只有量子点光学调制器，所以对于此类调制器的研究并不充分。综上所述，半导体量子阱光调制器种类繁多，各自的优缺点都比较明显，但是许多尚处于研究阶段，离实现工业应用还需一段距离，特别是量子线和量子点光调制器的研究更不充分。

4 高速波导声调制器

声光调制是一种外调制技术，通常把控制激光束强度变化的声光器件称作声光调制器。声光调制技术比光源的直接调制技术有高得多的调制频率。与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1，000：1）、更低的驱动功率、更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及低的价格；与机械调制方式相比，它有更小的体积、重量和更好的输出波形。

其工作原理简述如下：声光调制器由声光介质和压电换能器构成，当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时，换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质，在介质内形成折射率变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射，如图3 所示。

衍射模式有布拉格衍射和拉曼-奈斯型衍射。激光腔外使用的声光调制器一般采用布拉格型，衍射角为：sinθd≈θd=（λ0/V）f1，一级光衍射效率η为：η1=I1/IT=sin2（ΔΨ/2）， ΔΨ=（π/λ■）■，式中λ0为光波长，V为声光介质中的声速，I1为一级光衍射强度，L为声光互作用长度，H为声光互作用宽（高）度，M2为声光品质因数，Pa为声功率。当外加信号通过驱动电源作用到声光器件时，超声强度随此信号变化，衍射光强也随之变化，从而实现了对激光的振幅或强度调制；当外加信号仅为载波频率且不随时间变化时，衍射光的频率发生变化而达到移频。目前常见的有两种声光调制器：自由空间式声光调制器和光纤耦合声光调制器（或称为全光纤声光调制器）。

标准的自由空间声光调制器用于对激光束的数字或模拟的强度调制，其原理是使用数字RF驱动器，外控TTL信号可以快速开关激光束；使用模拟RF驱动器，可以调节输出激光功率和输入激光功率的比率，典型调节范围为0%到85%。最大调制带宽或光学上升沿时间是超声波穿越激光束时间的函数。因此，为了获得最快的速度，一般将激光束聚焦在调制器中最小光斑。光线耦合声光调制器又叫全光纤声光调制器，比较适合光纤通信。应用声光调制器件，可以快速完成电、声、光信息间的传递与转换，可随意改变激光束的传播方向，实现对光束的自动选频、分光、扫描等。由于光波导技术和声表面技术的进展，发展了利用表面声波和导光波之间互作用的表面波声光器件。因为表面声波和导光波均集中在介质表面厚度仅仅为波长数量级的薄层内，能量非常集中，因此表面波声光器件只需要很小的驱动功率。同时表面波声光器件由平面工艺制成，工艺比较简单灵活，很容易做出结构复杂的换能器，且便于集成，因而可以得到比体波更大的带宽。后来，工作者对声表面波进行改进，降低了插入损耗，提高了功率承受能力，因此更适合应用，但是因为其体积较大、牵涉声学特性等，使其向集成方向发展有一定的困难。

5 特殊化合物和混合物光调制器

特殊化合物和混合物光调制器可分为特殊化合物光调制器和特殊混合物光调制器。

5.1 特殊化合物光调制器

硅化合物是比较常用的光调制器，因为其很容易通过在光纤中掺杂其它元素来获得，所以比较容易应用和研究。不过人们发现，有许多非硅化合物类光调制器的性能比硅化合物要好的多，所以尽管在与光纤耦合时相对比较困难，但对这些材料的研究仍很有意义，并获得了许多成果。目前较优秀的化合物光调制器有基于LiNb03的光调制器、纳米金属复合结构光调制器、高组分稀磁半导体超晶格的光调制器以及Al/GaAs等化合物的表面量子阱光调制器，因为表面量子阱类光调制器前节已经讲过，所以不再赘述。

5.1.1 基于LiNb03的光调制器

学者们认为LiNb03调制器是MZ调制器的一种，是主要用于光强调制的一种光调制器，其基本结构如图5所示。该调制器的工作原理可以认为是一种干涉状态，具体为：利用Y形分支器（3dB分束器）将输入的光信号分为功率相等的两束，分别通过两路由电光材料制成的光波导传输；此处光波导的折射率随外加电压K（r）、K（f）的变化而变化，两路信号到达第二个Y形分支器（3dB分束器）处的光程差随外加电压的不同而不同。若两束光的相位差为0度，则相干加强；若两束光的相位差是180度，则相干抵消；在此中间则产生0%～100%的光强信号。因此通过多电压的调制可以产生50%RZ、33%Rz、CSRz（67%Rz）的调制效果。基于LiNb03调制器各种高速光调制码型的选择与应用已成为40Gbit/s高速DWDM光传输系统中的关键技术，如何充分发挥其自身优势，产生非线性容忍度和色散容忍度都较高的码型将是以后研究的重点[5]。

5.1.2 纳米金属复合结构光调制器

纳米金属复合结构光调制器是随着非线性光学的发展而发现的一种非线性光调制器件。1983年R. K .Jain和R. C. Lind首次研究了掺杂CdS.Se半导体纳米微晶玻璃的非线性光学性质，发现具有大的三阶光学非线性系数和较快的光学非线性响应速度。1985年D. Ricard等在Maxwell-Garnett理论上提出掺金属纳米颗粒的玻璃的三阶非线性极化率得到大大的提高，在实验上测量了掺纳米金属颗粒的玻璃的三阶非线性极化率，发现当只掺杂少量的金颗粒（金纳米颗粒的占空比P～10-5～10-6）时，复合材料的χ（3）值要比没有掺杂的纯净玻璃高出几个数量级，这标志着研究纳米金属颗粒复合材料的非线性光学性质的开端。为了研究不同类型复合材料的有效非线性光学性质，物理学家发展了T矩阵、微扰展开和谱表示等方法。所以，这是光通讯学的一个新的方向，可以直接对非线性光进行调制等，更适合现代光学的需要，而且纳米金属颗粒复合薄膜的光学非线性不仅与所选的金属材料有关，同时也与所选的基质材料有关[8]。与无机材料相比，有机聚合物非线性材料作为主体基质具有以下特点：（1）种类繁多，结构灵活多变，可根据需求对分子进行设计改进和优化；（2）价格低廉；（3）电光活性高，适合于薄膜形态使用，有利于在大规模集成光路中使用；（4）吸收相对较低，信息容量大。因此它具有一定的实际应用价值，己成为三阶非线性材料研究的热点。近年来，随着新的刻蚀技术和化学方法的改进，纳米金属复合结构的发展，从无序化结构如大小不一的无序金属颗粒排列，到有序化结构如纳米金属多层膜、纳米金属孔径阵列等。有序化纳米金属复合结构中LSP激发效率要高很多，可以产生很强的场增强效应，有利于三阶非线性光学效应的研究，在新型全光器件上有良好的应用前景。但是因为该分支发展比较晚，许多特征还只停留在实验阶段，离工业应用还有一段距离。

最近，新型光调制器不断被报道，主要有：翟雷应等提出的基于MEMS静电微镜驱动器的光纤相位调制器，其基本原理是：MEMS静电驱动器采用垂直梳齿驱动技术，驱动硅微反射镜沿其法线方向的垂直平移运动以实现入射光波的光相。MEMS静电微镜驱动器与光纤准直器耦合构成MEMS光纤相位调制器，避免了拉伸光纤或改变折射率的困难，具有MEMS技术批量制造、低成本等优势。2012年董正芳等对亚微米硅基波导光学相位调制器的优化方法进行了分析，并提出了一些优化建议。此外，为满足红外成像导引头对半实物仿真目标模拟器环境的要求，2012年田义等提出了一种一维光子晶体红外空间光调制器的构想，并对该理论进行了理论研究，同样，该方法如用于光通信，也应该同样有很好的结果。

6 结 论

本文对五大类光调制器件及各自的基本与原理、最简单模型、最简单数学原理、优缺点（特别是能否适应于规模化集成等）、发展现状（包括一部分发展史、现阶段状况和是否已经应用于工业实际）等进行了综合分析与比较，发现马赫-曾德（Mach-Zehnder，MZ）光调制器、多维光栅光调制器、半导体量子阱光调制器更适合于普通光学通信用，并且马赫-曾德光调制器和多维光栅光调制器比半导体量子阱光调制器更适合硅化集成（适合与一定规模的集成电路集成）；高速波导声调制器有比较好的特性，但是不便于集成；特殊化合物和混合物光调制器一般都用于特殊的领域，比如非线性光通讯等，其中纳米金属复合结构光调制器的光学特性比较好，适合规模集成，但是研究尚不充分，需要继续研究。

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第7篇：光电子学论文范文

【Key words】Optoelectronic technology； Teaching method； Simulation teaching

0 引言

1960年，世界上第一台红宝石激光器的诞生推动了光电子技术的长足发展。在这50多年间，从红宝石激光器的发明到半导体激光器及低损耗光纤的问世；从各种无源器件的小规模应用到系统集成实用化阶段，光电子技术在国防、工农业生产、光纤通信、医学、精密测量、地质、天文等领域获得了广泛的应用。我国政府将光电子技术列入国家战略性产业结构调整的重点领域。因此，光电子技术受到了研究所及企业的广泛关注，促使很多高校在物理、电子、通信、材料等专业纷纷开设光电子技术这门课程[1]。

如何培养专业知识强、综合素质高、实践能力优异的人才是当前光电子技术课程教学的热点话题。因此，在光电子技术课程教学过程中，很多教师以教学内容、教学手段和教学方法的改革为重点，优化教学内容，制定合理的理论与实验教学计划。同时，建立科学的教学管理制度以及严密的教学质量反馈系统，以此确保教学质量。随着计算机技术的不断提高，仿真技术为人们提供了一种有效的教学手段[2]。基于仿真技术完成的课程教学具有成本低、维护简单、使用方便等特点，所以很多课程的教学纷纷采用仿真教学，然而目前关于光电子技术课程仿真教学的探讨还非常少。本文主要研究光电子技术课程及仿真教学的特点，得出仿真教学在光电子技术课程教学中的可行性。分析表明，仿真教学是提高光电子技术课程教学质量的一种有效的方法。

1 仿真教学

仿真教学是仿真技术应用的一个重要方面。仿真教学就是利用计算机创设虚拟环境来模拟真实环境，并结合真实环境中的情况在虚拟环境中进行设计、操作、运行、验证等的教学方式[2，3]。

目前，仿真教学的使用越来越广泛。教师可将精心设计的教学内容融合在这个虚拟仿真环境中，并通过各种手段和方法将仿真教学中的情境呈现出来，这是仿真技术应用在教学中的一大进展。结合自己的实践和他人丰富的教学经验，总结出仿真教学有以下特征：

1）成本低，使用率高。购买所需实验设备的费用一般比较高，是很多高校不能承受的。如果采用仿真教学，那么只需购买软件和建设机房，这样就可以大大降低费用，并且设备的使用率也非常高。

2）维护简单，更新方便。仪器设备的不当操作和长时间运行使其容易损坏，而仪器维护费用也非常高。仪器购买的时间久了，就需要自己进行更新设计，有的甚至需直接购买新的设备仪器。仿真教学只需对计算机、教学软件进行维护和升级，而且仿真软件一般自带有软件升级功能。

3）使用方便，提高学习效率。光电子技术所需的仪器设备一般比较笨重，不容易搬动，而且学生只能在特定的实验室完成实验项目。在仿真教学中，学生可以利用计算机方便地进行自主探讨和摸索学习，发挥学生的学习积极性，进而提高学习效率。

4）实验安全，提高教学效率。在教学中，实验有时需要高温、高压、强腐蚀等环境条件，操作失误或实验仪器故障都有可能对学生的人身安全构成威胁。在仿真教学实验中，学生不仅可以随意设置实验条件，而且可以高效、安全地完成实验。通常完成实验的时间一般很长，而利用仿真教学可以将实验的时间缩减，明显地提高教学效率。

2 仿真教学在“光电子技术”课程教学中的可行性和重要性

光电子技术是电子学和光子学相结合而产生的综合性交叉学科，并成为现代信息科学技术的重要组成部分[4-6]。课程的特点如下：

1）知识面宽。光电子技术课程是电子、通信、光电材料等专业的核心课程，内容包括半导体发光、固体激光器、光纤、非线性光学、光调制、光探测及光电显示方面的材料及器件，涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识，对学生的基础提出了较高的要求。

2）知识更新快。随着信息技术的不断发展，光电子技术已取得了令人瞩目的成就，并将不断影响人类社会的方方面面。在实际应用需求的引导下，各类新型的微纳光子器件与材料的研究突飞猛进，如光子晶体、等离子体、超材料等领域，其相关研究为光子器件的微型化奠定基础。

3）理论性强，而实践内容较少。大多光电子技术课程教材过于注重理论知识讲解和公式推导，对其应用及相关设计性实验开展的非常少，导致学生不了解这门课的用途，从而感觉光电子技术课程枯燥乏味，难以理解。

4）仪器较贵。为了让学生更好地理解、掌握所学内容，需开展相关的实验，但是相关仪器设备比较贵，一般的高校很难承受相关的费用，导致他们不得不减少实验课，从而不能使学生获得有效的指导，最终降低了教学效果。

基于仿真教学和光电子技术课程的上述特点，低成本的仿真教学可以解决光电子技术课程教学中仪器设备价格昂贵的问题。基于仿真教学中使用和更新方便的特点，教师可以根据最新科研进展，拓宽教学内容，更新实验软件，从而可以让学生自主学习、掌握新的科研成果，认识各类新型光电子信息材料和器件的属性及用途。众所周知，掌握光电子技术课程中涉及光子学、电子学及半导体物理的相关知识是非常重要的，因为理论教学是专业课程学习的基础。为了能使学生理解相关的理论知识和公式推导，将仿真教学融于课堂教学中，让学生体会计算机模拟的结果，然后再进行理论推导，这样有助于加深学生对系统知识的理解，使枯燥的理论教学生动有趣。同时，学生可利用仿真实验室进行探索式学习，提高自学能力，最终提升光电子技术课程的教学质量。

第8篇：光电子学论文范文

从20世纪50年代后开始，一些发达国家为了在国际竞争中占据制高点，策划实施了光电信息产业发展计划，如美国在图森市以亚利桑那大学为中心形成了全球关注的第一个“光谷”；法国在阿尔卡特研究中心建立了光电子学研究开发中心，简称“光电谷”；英国实施了“阿维尔计划”；日本了实施“激光研究五年计划”；德国了实施“激光2000”国家发展计划。我国从1986年实施了“863”计划后，在2000年开始，在长春、武汉、广东、上海等16个省市设计和建设了“国家光电信息产业基地”，这表明我国已经跟上了光电信息产业发展的世界潮流。在这种背景下，作者敏锐地抓住了我国光电信息产业发展的大趋势，并以吉林省发展光电信息产业为研究优势，重点研究和探讨光电信息产业集群化发展，体现出研究的时代性和前瞻性。总体上体现出以下几个特点：

1.以我国光电信息企业现状为基础，在确立光电子产业优势选择的基础上，提出“吉林省光电子产业集群化发展的优势，运用产业集群效应来促进光电子产业的整体成长、推进吉林省老工业基地的创新发展”等思想。从理论上论证光电子产业集群化发展及形成产业优势的趋势，发挥吉林省光电子产业的资源优势，逐渐建立吉林特色的光电企业群，提高光电产业的集群效应，推动吉林老工业企业的创新发展。

2.突出了我国振兴东北老工业基地等重大问题。光电子企业是活跃市场的新生力量，是新的经济增长点，尤其是在金融危机影响下的传统产业不景气的大环境中，光电子企业起着经济增长的引擎作用。同时，光电子企业又是改造传统产业的创新力量和提升产业与优化结构的重要杠杆。因此，实行光电子产业集群化发展，具有潜在的经济效益。这项研究，对形成吉林省光电子企业的产业优势，促进光电子产业集群化发展，缩小吉林省与其他经济区域（东部、中部）之间差距，具有重要的现实指导作用。

3.本书以吉林省在振兴东北老工业基地过程中，如何对光电子产业优势进行合理整合、产业集群化发展为研究重点。在设计上，继承了我国改革开放30多年来光电子企业发展的成功经验，吸收了国外建设“光谷”的经验成果，提出“光电子产业集群化发展”等观点，在解决光电子企业如何在振兴老工业基地中发挥作用等问题上有所创新，为光电子企业发展增添了科学的分析工具和方法，丰富了对光电子企业的产业发展等理论。

对吉林省光电子产业发展问题的研究，作者始于2004年承担的吉林省教育厅人文社会科学项目“吉林省光电信息产业优势选择与集群化发展研究”课题的研究。几年来，先后对吉林省长春市、吉林市和四平市等地的光电子企业进行了实地考察和调查研究，接触到许多鲜活的事例，为此项研究奠定了良好的基础。光电子产业作为吉林省经济发展的十大支柱产业之一，在“十一五”时期，克服由美国次贷引起的金融危机的不利影响，积极推进结构调整，着力加强自主创新，实现了产业的稳步增长，对经济社会发展的支撑引领作用愈益凸显。但是我国光电子产业的发展也遭遇瓶颈，例如制造技术较为落后、材料加工水平有限、产业规模发展滞后等。与此同时，国际上的光电子产业的发展在各个国家政策大力支持下发展非常迅速。因此，“十二五”时期，我国坚持走新型工业化道路、加快转变经济发展方式，而光电子产业调结构、转方式、增强产业核心竞争力、提升发展质量效益、由大变强成为产业发展的重点。能有这样一本专门反映光电子产业发展的书，应该是光电子产业领域发展的一大幸事。

光电信息产业集群化发展是为了使以光电子技术为核心的高新技术企业整体效益提高，更好地发挥光电信息产业集群效应的作用，实现光电信息产业整体竞争力。本书集中研究了：（1）光电信息产业发展的形势；（2）吉林省发展光电子产业可借鉴的国内基本模式及问题；（3）研究了吉林省光电子企业集群式发展优势及其产生机理；（4）运用产业集聚理论，探讨吉林省发展光电子产业作用及相应的对策。本书总体上，体现了高新技术和产业经济学的基本原则，研究问题的视角比较新颖，坚持运用先进的科学理论，从多角度、多层次、多方位进行分析论证。从基础理论、实践应用、产业政策三大方面，展示了作者长期在光电子产业经济领域的研究成果。全书脉络清晰，结构严密，内在逻辑关系分明，观点独特，文字叙述和数量分析结合紧密，以我国光电信息产业基地发展为背景，从理论上分析吉林省光电子产业集群化发展的机理和规律性。

虽然书中有些内容还有待于进一步深入探讨，但是，它终究是理工科院校进行经济与管理学科建设的一种有益尝试。我相信，有这样一个研究群体，在不远的将来会有更多的研究成果与大家见面，丰富光电信息产业领域的经济性研究，走出一条具有研究光电子产业特色的研究道路。

第9篇：光电子学论文范文

科研创新，填补国内空白

多年来，袁萍教授恪守优良的学术品质和严谨的工作作风，勤奋敬业，努力创新。从2000年开始，她将原子结构与光谱理论应用于雷电物理的研究，首次在国内开展了基于光谱观测的闪电放电等离子体特性研究工作，将试验观测资料分析和理论计算相结合，研究了广东、山东、、甘肃、青海等雷电多发地区不同强度闪电放电的光谱特性及其与闪电放电的相关性，给出了反映闪电放电通道物理特性和闪电放电特征的一些基本参量及变化规律。为闪电过程微观物理机制的研究、雷电的预警防护工作、以及闪电产生氮氧化物的研究提供了参考数据，同时也填补了我国在这一研究方面的空白。

2012年夏，袁萍教授带课题组在青海大同县进行自然闪电的光谱观测实验，首次在自然界拍摄到一次球状闪电的全过程及其发射光谱。从光学和光谱图片证实：球状闪电是由一次云对地闪电击中地面后形成的，其发射谱线主要来自于土壤和空气。

通过光谱分析，证实了球状闪电产生的方式，并揭示了其发光的主要成分，为进一步研究球状闪电的物理机制、揭开球状闪电之谜提供了重要依据。这项研究的详细内容发表在国际知名期刊《Physical Review Letters》上，引起了国际学术界的广泛关注。该论文被选为Highlight 和 Editor’s suggestion（主编推荐）文章，被美国物理学会网站以焦点（Physical Review Focus）的形式突出介绍，并被Physics World， New Scientist等知名科技网站和央视新闻联播、人民网、科技日报等多家媒体报道。

袁萍教授在科学研究的道路上持之以恒、踏实奉献，近年来指导、带领研究生，在《Physical Review Letters》、《Physics of Plasmas》、《J. Appl. Phys》、《中国科学》、《物理学报》、《地球物理学报》、《光谱学与光谱分析》等国内外核心期刊发表学术论文70余篇；主持和参加了国家自然科学基金、省自然科学基金、甘肃省高校等资助的科研项目；参加的科研项目先后多次获得甘肃省科委和高校科技进步奖。

治学严谨，培养莘莘学子

袁教授还非常注重学生的培养，她担任过力学热学实验、数字电路实验和普通物理、模拟电路、电磁学、原子物理和力学、热学等课程的教学，三十年如一日将热血丹心洒向三尺讲台。